质子和反质子遵守“镜像对称”

对粒子物理标准模型的基本特性—CPT对称性进行了严格检测，物理学家发现质子和反质子似乎存在真实的镜像关系。《自然》杂志发表了物理学家的检测成果，他们使用了 CERN实验室的反质子减速器，以实验数据验证了质子和反质子的对称关系，从反质子减速器获取了低能量的反质子，将它们应用于反物质实验的研究。CPT中的C是指粒子的电荷，正负电荷将物质和反物质区别开来；P是指奇偶性，两种特性可以表现为空间位置的180度反转，T是指时间。“CPT不变形原理”表明了，即使粒子的三种基本特性发生了反转，物理系统仍然保持不变。CPT三项指标不变形构成了粒子物理标准模型的“基本教义”，基本的物理规律需要得到反复的检验，最新的实验成果表明，反物质必然是物质的完美的镜像形式，而物质和反物质的电荷却发生了反转。

斯蒂芬·厄尔默领导了一项国际合作的物理研究项目，被称为 BASE的国际合作团队的成员主要来自于RIKEN, CERN，马克斯·普朗克研究所核物理研究部，位于德国美因茨的赫尔姆霍兹研究所等研究机构和大学。厄尔默对这项前沿物理学的研究项目作了解释，宇宙学家时常绕不开对一个重要物理问题的思考：为什在人类生存的宇宙中实际上只有少量的反物质，科学家普遍相信，在宇宙诞生的暴涨之处，“造物主”的物质造化将会不偏不倚，同等数量的物质和反物质被同时制造出来，既然物质和反物质的数量保持了平衡，那么两者的数量不会出现极大失衡性的不同。如果能够发现CPT不变性原理的违背现象，那么这将表明物质和反物质的不同特性，比如：反质子也许比质子衰变得更快，但在相当严格的范围内，实验结果表明了电荷和物质比例的同等性。

科学团队在项目课题的研究中制定了一个方案，这一研究方案与过去的TRAP合作团队在上个世纪90年代开发的研究模式十分相似。他们从反质子减速器获取了反质子和负电荷的氢离子，它可以作为质子的替代物；从磁场的盘林陷阱获取了单个的反质子——氢离子对，它们被减速到超低能量，然后，他们测量了反质子—氢离子对的回旋频率，测量这一频率使得团队成员确定了电荷与质量的比率，通过数据比较，他们能够发现反质子和氢离子有怎样的相似性，团队成员在耗时35天的实验中总共测量了大约6500对反质子——氢离子。

厄尔默解释了他们的发现，电荷与质量比值相同性的误差仅在万亿分之69的范围，测量仪器的分辨率比之前对质子—反质子对的测量精度提高了4倍，最新的检测结果进一步约束了违反CPT不变形原理的可能，代表了勇敢者挑战精神，的实验没有结束，他们制定了下一步的计划，准备将测量精度在目前的基础上提高至少10倍、甚至100倍。

科学团队的课题研究对理解物理学中所谓的弱等效原理有积极意义，弱等效原理原理是指所有粒子将会以同样方式受到引力的作用，或引力与粒子的质量和电荷无关。科学团队的计算精度达到了大约百万分之一，物质和反物质似乎表现了对引力响应行为的相同性。有许多物理现象和理论推测使得人们相信，似乎存在超越粒子物理标准模型的“新物理学”，比如：暗物质的神秘性、物质和反物质数量的极不平衡等，然而，高精度的测量技术对所有新物理学的探索给出了十分重要的约束条件，这将有助于科学家确定物理学未来的研究目标和方向。

（编译：2015-8-18）